論文の概要: Loss-tolerant concatenated Bell-state measurement with encoded
coherent-state qubits for long-range quantum communication
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2102.04071v3
- Date: Thu, 25 Feb 2021 01:55:13 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-12 05:35:49.357097
- Title: Loss-tolerant concatenated Bell-state measurement with encoded
coherent-state qubits for long-range quantum communication
- Title（参考訳）: 長距離量子通信のためのエンコードコヒーレント状態量子ビットを用いた損失耐性連続ベル状態測定
- Authors: Seok-Hyung Lee, Seung-Woo Lee, and Hyunseok Jeong
- Abstract要約: コヒーレント状態量子ビットは光量子情報処理の有望な候補である。
パリティ符号化を改良したハードウェア効率のBSM方式を提案する。
我々は,CBSM方式が任意にユニティに近い成功確率を達成できることを数値的に示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: The coherent-state qubit is a promising candidate for optical quantum
information processing due to its nearly-deterministic nature of the Bell-state
measurement (BSM). However, its non-orthogonality incurs difficulties such as
failure of the BSM. One may use a large amplitude ($\alpha$) for the coherent
state to minimize the failure probability, but the qubit then becomes more
vulnerable to dephasing by photon loss. We propose a hardware-efficient
concatenated BSM (CBSM) scheme with modified parity encoding using coherent
states with reasonably small amplitudes ($|\alpha| \lessapprox 2$), which
simultaneously suppresses both failures and dephasing in the BSM procedure. We
numerically show that the CBSM scheme achieves a success probability
arbitrarily close to unity for appropriate values of $\alpha$ and sufficiently
low photon loss rates (e.g., $\lessapprox 5\%$). Furthermore, we verify that
the quantum repeater scheme exploiting the CBSM scheme for quantum error
correction enables one to carry out efficient long-range quantum communication
over 1000 km. We show that the performance is comparable to those of other
up-to-date methods or even outperforms them for some cases. Finally, we present
methods to prepare logical qubits under modified parity encoding and implement
elementary logical operations, which consist of several physical-level
ingredients such as generation of Schr\"odinger's cat state and elementary
gates under coherent-state basis. Our work demonstrates that the encoded
coherent-state qubits in free-propagating fields provide an alternative route
to fault-tolerant information processing, especially long-range quantum
communication.
- Abstract（参考訳）: コヒーレント状態量子ビットはベル状態測定(BSM)のほぼ決定論的性質のため、光量子情報処理の候補として期待できる。
しかし、非直交性はBSMの失敗などの困難を引き起こす。
コヒーレントな状態に対して大きな振幅($\alpha$)を用いて失敗の確率を最小化するが、量子ビットは光子損失による劣化に対してより脆弱になる。
ハードウェア効率のよいBSM (CBSM) スキームを提案し,BSM手順の失敗と誤認識を同時に抑制するコヒーレントな状態 (|\alpha| \lessapprox 2$) を用いたパリティ符号化方式を提案する。
我々は、CBSM方式が、$\alpha$と十分に低い光子損失率(例えば、$\lessapprox 5\%$)の適切な値に対して任意にユニタリに近い成功確率を達成することを数値的に示す。
さらに、CBSM方式を利用した量子リピータ方式により、1000kmを超える効率的な長距離量子通信が可能であることを検証した。
パフォーマンスは他の最新のメソッドに匹敵するか、場合によってはパフォーマンスよりも優れています。
最後に,修正パリティ符号化の下で論理キュービットを作成し,コヒーレント状態下でのschr\"odinger's cat stateやprimary gatesの生成など,いくつかの物理レベルの成分からなる基本論理演算を実装する手法を提案する。
本研究は,自由伝搬場における符号化コヒーレント状態量子ビットが,フォールトトレラント情報処理,特に長距離量子通信への代替手段となることを実証する。
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